电机励磁控制系统论文

摘要：在各类电站中，励磁系统是保证同步发电机正常工作，提高电网稳定水平的关键设备。同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的意义。今天小编给大家找来了《电机励磁控制系统论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

电机励磁控制系统论文 篇1：

一种能输出较大冲击电流的发电机励磁控制系统

摘要：针对传统发电机励磁控制系统用于感性冲击负载存在启动电流过大过载导致发电机启动失败机组焖机的缺陷，提出一种新的励磁控制方法，以实现不同负载电流、不同时间发电机组输出不同电压，并介绍了系统的结构和原理，实验结果显示此方法适合于启动较大功率的空调、水泵等感性冲击负载。

关键词：励磁控制，自动电压调节，感性冲击负载

1.引言

现有通用中小型汽油、柴油交流发电机组中，带有自动电压调节器的发电机组由于输出电压稳定，谐波含量较少而深受广大用户的偏爱。自动电压调节器作为发电机组励磁系统的重要组成部分，一直是各界研究的一个重要课题。[1]

目前市场上常见的自动电压调节器多采用输出电压闭环调节的控制方式，即根据发电机输出交流电压控制转子励磁占空比：当输出电压偏高，减小转子励磁占空比；当输出电压偏低，增大转子励磁占空比。这种控制方式对于我们日常生活中照明、加热等一些常见阻性负载适应性较好，但对于水泵、空调压缩机等感应电动机负载，由于启动瞬间电流较大或者过载情况，输出电压下降，在电压闭环调节作用下，自动电压调节装置会工作在最大占空比状态，机组瞬间输出功率远大于机组实际输出能力，常常导致启动失败，甚至机组焖机损坏。

本文介绍的一种新的发电机励磁控制方法可以有效解决上述难题，启动较大功率容量的空调、水泵等感性冲击负载。

2.励磁控制系统的组成与工作原理

本文介绍的控制方法克服了现有技术缺陷，针对感性负载启动瞬间，由于冲击电流过大导致启动失败的情况，提供一种基于负载电压、负载电流、负载持续时间自动调节励磁输出，从而控制发电机组输出功率的控制方法。一方面，将负载电流作为影响励磁输出的一个因素，实际上是将输出电流和输出电压关联起来，根据不同的输出电流控制发电机组的输出功率，防止机组因为输出功率过大而造成焖机损坏；另一方面，由于将负载持续时间作为影响励磁输出的另一个因素，实际上是利用机组惯性，瞬间输出较大的冲击功率，能使机组顶住感性负载启动瞬间的冲击，使感性负载成功启动。

发电机励磁控制系统包括电压测量电路，电流测量电路、功率转换电路和主控单元电路以及过流保护器短路控制电路等。电压测量电路测量发电机输出电压，并将所测结果输出给主控单元；电流测量电路测量发电机输出电流，并将所测结果输出给主控单元；主控单元电路根据电压测量电路和电流测量电路的输出控制功率转换电路的输出占空比。图1为本发电机励磁控制系统框图。

主控单元电路根据电压测量电路和电流测量电路的输出控制功率转换电路的输出占空比，其工作特征为：当电流测量电路输出低于设定值时，主控单元主要根据电压测量电路的输出动态调节功率转换电路输出占空比，以维持发电机输出电压稳定；当电流测量电路输出高于设定值时，主控单元电路根据电压测量电路的输出、电流测量电路的输出和负载持续时间循环改变功率转换电路的输出占空比，使发电机在极限功率输出和设定功率输出两种状态之间循环。

其中发电机工作在设定功率输出状态下且电流测量电路输出高于设定值时，主控单元根据电压测量电路的输出和电流测量电路的输出控制功率转换电路输出占空比，使得发电机工作在降电压输出模式、恒功率输出模式和恒电流输出模式。

3.控制系统的控制流程

设定输出功率模式为降电压输出模式的控制系统控制流程图如图2所示。当发电机组由发动机带动旋转到一定转速后，系统开始建压，主控单元以一恒定的频率f循环读取负载电流测量电路输出值I。如果I小于等于设定值Is，励磁输出主要根据电压测量电路输入V进行动态调节励磁输出占空比，使发电机处于稳压输出环节；如果I大于设定值Is，进一步读取系统计数器值T，如果T为0，则将T赋值为Tm，如果T大于0，则将T减1，减1后如果T还大于极限功率输出时间T0，励磁输出占空比主要根据负载电压动态调节，以实现稳压输出，此时由于电流和电压都比较大，发电机组处于输出功率开环模式，即极限功率模式；减1后如果T小于等于T0，励磁输出进一步根据I适当减小，使输出电压降低，这样发电机功率输出处于闭环控制模式，即设定功率输出模式。当下一个计时周期到达时，读取负载电流测量电路输出值I并重复上述过程。

设定输出功率模式为恒功率模式和恒电流模式与降电压模式原理类似，不再赘述。

4.实验结果

本文所述的发电机励磁控制模块实物如图3所示。其中白色线为18V交流电压采样线，蓝色线为输出负载电压采样线，红黑线为发电机碳刷线，棕色线为断路器线束，另由电流互感器负责负载电流取样。

实验基于2.5KW的汽油发电机组，负载电流、负载电压和励磁装置主控单元控制方式转换触发波形如图4所示。示波器CH1波形为负载电压波形，CH2为电流互感器输出经过整流后的信号，CH3波形为冲击电流触发波形（即系统控制模式转变触发信号），CH4波形为负载电流波形。可以看到：当系统处于设定功率输出状态时，如电流测量电路输出高于设定值（CH2），系统发出模式转换触发信号（CH3）使系统根据电压测量电路的输出和电流测量电路的输出控制功率转换电路输出占空比，使发电机输出电压适当下降（CH1），这样在机械系统惯性作用的配合下使输出电流瞬间能大幅提高（CH4）。

本励磁装置已成功应用于某型2.0kW左右的发电机组，该型发电机组可以让一台1.5匹的空调成功启动并平稳运行，即使空调在异常断电停机的情况也可以顺利启动，此时启动电流瞬间可以达到25A左右。而市场上正常的2.0kW的发电机组启动过程中会因为启动电流太大而导致机器直接熄火。

5.结语

本文提出了一种发电机励磁控制系统控制方法，根据负载电压、负载电流和负载持续时间同时控制输出励磁占空比，以实现不同负载电流、不同时间发电机组输出不同电压。该控制方法利用发电机组系统惯性可以循环实现发电机瞬间大电流冲击输出。相比于相同容量的传统发电机组，更适合于较大功率的空调、水泵等感性冲击负载。

参考文献

[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计和应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006.

[2]赖广显 新型柴油发电机组. 人民邮电出版社，2004.

作者：王运良 徐青松 董广鹏

电机励磁控制系统论文 篇2：

发电机励磁控制系统的研究

摘  要：在各类电站中，励磁系统是保证同步发电机正常工作，提高电网稳定水平的关键设备。同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的意义。

本文主要对发电机励磁控制系统的研究，着重在负载变化中发电机励磁系统的维持发电机端电压在给定水平，提高电力系统的静态稳定性等方面作了重点分析，对发电机励磁控制系统加深了了解。

关键词：电力系统;励磁控制系统;过励限制

一、维持发电机端电压在给定水平

在发电机正常运行条件下，励磁系统应维持发电机机端（或指定控制点）电压在给定水平。通常当发电机负荷变化时，发电机机端电压将随之变化，这时，励磁系统将自动的增加或减少发电机的励磁电流，使机端电压维持在一定的水平上，保证有一定的调压精度。当机组甩负荷时，通过励磁系统的快速调节作用，应限制机端电压不致过分升高。维持发电机机端（或制定控制点）电压在给定水平上是励磁控制系统最基本和最重要的作用。

二、提高电力系统的静态稳定性

当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行特性称为电力系统的静态稳定性。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率。这需要解决许多技术问题。而其中最重的和最基本的困难之一是同步发电机只具有较小的静态稳定性。但由于自动励磁的调节装置的出现，使这一问题得到了圆满的解决。

三、改善电力系统的暂态稳定性

电力系统的暂态稳定性是指系统遭受到大干扰（如短路，断线等）时，能否维持同步运行的能力。总的来说，调节励磁对暂态稳定的改善没有对静态稳定那样显著。励磁系统对提高暂态稳定而言，表现在强行励磁和快速励磁的作用上。

当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行特性称为电力系统的静态稳定性。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率。这需要解决许多技术问题。而其中最重的和最基本的困难之一是同步发电机只具有较小的静态稳定性。但由于自动励磁的调节装置的出现，使这一问题得到了圆满的解决。

四、改善电力系统的动态稳定性

电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电震荡的阻尼问题。当阻尼为正时，动态是稳定的;阻尼为负时，动态是不稳定的;阻尼为零时，是临界状态。零阻尼或很小的正阻尼，都是电力系统运行中的不安全因素，应采取措施提高系统的阻尼特性，即动态响应特性。

五、在并列运行的发电机间合理分配无功功率

当母线电压发生波动时，发电机无功电流的增量与电压偏差成正比，与调差系数成反比。通常我们希望发电机间的无功电流应当按照机组容量的大小成比例的进行分配，即大容量机组担负的无功增量应大些，小容量机组担负的无功增量相应小写，这样就可使得各机组无功增量的标幺值相等。由于励磁调节器可对调差系数进行调节，所以就可以达到机组间无功负荷合理分配的目的。

六、总结

励磁系统将自动的增加或减少发电机的励磁电流，使机端电压维持在一定的水平上，保证有一定的调压精度。灵敏快速的勵磁调节器可以维持发电机机端电压恒定快速强励可减少加速面积，增加减速面积，提高系统的暂态稳定性。增加励磁自动调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的有效措施。励磁调节器可对调差系数进行调节，所以就可以达到机组间无功负荷合理分配的目的。

参考文献

[1]  郝晓弘，施振雷，张萍，新型同步发电机励磁控制器的设计.工矿自动化，2011

[2]  GB/T7409.3-2007，同步电机励磁系统[s]

作者：周从林

电机励磁控制系统论文 篇3：

交流励磁发电机励磁控制系统实验技术分析

【摘要】交流励磁发电机具备变速恒频发电、转速、无功、有功独立调节能力的优越性，它在运行中能充分发挥交流励磁发电机本身具备的运行可靠性、灵活性和调节性，因此在当今电力工业中备受业界重视。本文从交流励磁发电机系统的工作原理和构成入手，进行了从理论到实践，从仿真到实验的研究分析，仅供同行工作参考。

【关键词】交流励磁发电机；励磁控制系统；数字信号处理器；转换器

长期以来，电力供应的稳定性、安全性和可靠性是国内外专家和学者一直高度重视的内容，也是研究的焦点。虽然截至目前这一研究工作已经取得了卓越的工作成果，但其中大多问题仍然没有得到有效解决，至今这一课题都是业界研究重点。电力系统在正常运行中，突然受到短路、短路或者雷击等因素影响，必然会发生短暂的不平衡，进而引发电机转子、定子之间的发生扰动。这个时候，如果没有一个稳定装置来阻止电机定子和转子扰动，必然会造成整个系统失去稳定，最终影响到发电机的运行安全。基于这种条件，以励磁控制系统为主的交流励磁发电机逐渐受到人们重视，它有效缓解了发电机定子与转子扰动问题的发生，保证了发电机运行安全和运行稳定性。

一、交流励磁发电机工作原理

由于传统的发电机运行中存在显著的稳定性不佳、无功问题，使得这类发电机在运行中还存在众多的技术、设备和经济缺陷。因此，早在半个世纪以前欧美发达国家就已经致力于采用新技术、新手段来解决发电机工作中存在的稳定性不高和无功等问题，并对此设定了研究新内容。

就交流励磁发电系统而言，其构成主要包含有交流励磁发电机、原动机、励磁变压器、励磁转换器等。就整个交流励磁发电机的工作原理分析，它同普通的异步发电机相差无几，两者之间最大的区别主要表现在电机的转子、定子之间的转速、频率普遍相同，由于转子在高速转动的同似乎电流量的频率和大小大致相同，能通彼此调整的时候对电动机两侧的电压进行处理，从而达到保证点击运行稳定、安全的工作目标。在这种背景下，交流励磁电机转子绕组的频率从外向内给电网供电。因此来说，交流励磁发电机本身具备异步发电机的工作模式，同时还具备异步发电机工作中具备的特性。

二、交流励磁发电机励磁控制系统实验技术分析

由于交流励磁发电机本身具备异步发电机的工作原理和工作特性，但是其本身又是超越传统异步发电机的，因此它被广泛的应用于变频恒频发电领域中，尤其适用于抽水蓄能发电和风力发电等特殊场所。在这些场所，采用励磁控制系统能更好的解决发电机运行中存在的转子与定子不稳定现象，保证发电安全与供电稳定。这里我们就目前发电工作中常用的双PWM变化器作为交流励磁发电机励磁电源的发电形式进行分析，提出了其励磁控制系统的实验技术要点。

1、交流励磁用双PWM变换器概述

双PWM变化器是构成交流励磁发电机励磁控制系统的重要组成部分，它分为两个不同的组成内容，是紧密连接形成的组合体系，一种是转子变速控制的变换器，另外一个则是电网变换器，這两个子系统在运行中相互配合、彼此衔接，从而对系统做出了两种不同的分析模式。在具体工作中，这两个方面分析包含了以下两环节。

1）在发电机运行状态处于同步运行状态的时候，转子侧面的变换器可以分为转差功率和总电网数据库两个方面，这个时候转子侧面的变换器在整个励磁控制系统中发挥整流作用，而电网侧面的变换器则处于PWM逆变状态。

2）交流励磁发电机在和运行中长期处于高速运行的状态，且发电机本身的运行状态则是异步状态，工作于PWM逆变状态的变换器则是转子侧面的变换器，而电网侧面的变化器则发挥整流作用。转子侧面变换器是一个建立在直流侧面电压上的设施，其具体作用在于控制通过电网的变换器，且利用合适的转子来满足有关设计策略。

2、矢量控制技术

矢量控制技术是过去发电机励磁控制系统中一直未被重视的内容，但其作为交流传动系统的解耦控制核心，将之合理的置放在交流励磁发电机上不仅可以实现电机的充分解耦，而且保证电机运行的稳定性，同时更能让发电机在输出电压、电流频率上不受转子速度和瞬时变动速度影响。这种控制技术的应用是将传统的刚性约束控制技术转变为柔性控制技术，从而创造出满足发电机与变压器双方共同需求的高效率运行目的。目前，国内已经有不少发电单位采用了矢量控制技术，它在交流励磁发电机的有功、无功解耦控制上效果明显。这一技术的利用是采用定子磁场、定子电压、定子定向的矢量控制，这因为励磁控制模型在完成之后，定子端口有功、无功表达方式必然变得更加方便，从而增加了系统控制准确性和及时性。

3、基于全模糊控制器的交流励磁发电机解耦励磁控制

在目前双通道解耦励磁控制模型、矢量控制技术的选用都是交流励磁发电机控制中常见方法，这些方法的应用通常都建立在精确的数学模型基础上，但受到发电机工作环境的特殊性、运行条件的复杂性影响，整个励磁控制系统的精确性很难得到有效保障，这是因为他们在工作中对控制效果是按照发电机自身参数为前提探讨的，而对于非线性、参数变动情况不加以考虑造成的。基于此，在交流励磁发电机励磁控制中应用模糊控制技可以实现良好的鲁棒性和动静态品质，而且它具有良好的控制性，不一控制对象的精确数学模型做依赖。

4、建立实验系统

由于目前的试验系统中普遍采用了双PWM控制器，这种控制器在电路控制上同原来核心控制组件相同，都是以电路的保护和驱动为核心的。因此在实验之中首先选择了转子位置信号的采集新策略，在这里所选用的信号采集仪器包含了定子电压、电流提供以及编码器的选用几个方面。而在转子侧面的转换器信号驱动方面，无法直接得出相关的数据，因此大多都需要采用模糊控制计算方法和理论进行处理和控制。

三、结论

在本文的研究当中，我们深刻的发现交流励磁发电机励磁控制系统在全模糊控制器研究中有着突出的优越性，它在控制算法和系统控制方面都能通过简单的机械控制实现，完全可以利用转子的转动速度、角度、位置和电压来实现。总的来说，这种控制方法的在应用中优越性突出、使用价值明显。

参考文献

[1]Wagh S R，Kamath A K，Singh N M.Non-linear Model PredictiveControl for improving transient stability of power system using TCSCcontroller/ /Asian Control Conference，2009：1627-1632.

[2]廖勇，姚骏，杨顺昌.交流励磁发电机励磁电源管压降引起的谐波及其消除方法的研究[J].中国电机工程学报，2004，24（4）：151-156.

[3]李晶，宋家骅，王伟胜.大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[J].中国电机工程学报，2004，24（6）：100-105.

[4]郝亮亮，王善铭，邱阿瑞，刘为群，吴龙，牟伟.多相无刷励磁系统励磁机定子电流谐波特性[J].清华大学学报：自然科学版，2011（1）.

作者：遇亚辉